Projekt Kryptoanalyse am Gymnasium Flöha im Schuljahr 2008/09 - The Making Of

Letztmalig dran rumgefummelt: 17.06.09 19:44:22

Wir beginnen mit falschen Vorstellungen ... Vor 200 Jahren hätte es für dieses Projekt den Nobelpreis gegeben - falsch: den gab es damals noch gar nicht ;-) heute löst jedes Kind dieses Problem, da die Lösung ja bekannt und der Zusammenhang eigentlich auch trivial ist - falsch: die Logik und Mathematik hinter diesen Betrachtungen ist hochkomplex ;-) ... und fügen unsere Ideen hinten an ;-) erkennen sowie Lösen umfangreicher auch und vor allem mathematisch/statistischer Betrachtungen Wahrscheinlichkeitsrechnung + Primzahl-Mathematik Erkennen der Grenzen des Computereinsatzes: Man bekommt syntaktisch korrekte Lösungen, ob diese dann auch semantisch exakt sind, ist eine zweite Frage ob sie in "absehbarer" Zeit realistische Lösungen liefern, ist schon wieder ein anderes, jedoch der Problemstellung sehr nahes Feld Teamarbeit - uns somit sinnvolle Arbeitsteilung komplexes Projekt-Management - auch in verschiedenen Programmiersprachen Theoretische Untermauerung ganz praktischer Applikationen es ist schwer, in all dem Wust von Aufgaben auch noch Sinn für ein im Umfang nicht fest geschriebenes Projekt zu finden - es soll auch noch realistisch, optimistisch und aussagekräftig in der Wirkung sein - und was das allerwichtigste ist: anwendbar in der Zukunft soll es auch noch sein Das offizielle Logo ... Projekt Kryptologie 2008 - das Logo Projekt Kryptologie - Teil II

1. Projektidee und Aufgaben - Teameinteilung 2. Theoretische sowie Technische Grundlagen 3. Die Arbeiten am Projekt 4. Die Ergebnispräsentationen 5. Ähnliche Projekte

1. Grundidee des Projektes und Aufgaben - Teameinteilung

	Viele Bücher sowie auch Theorien versprechen: das geht! Wir wissen nun, dass eine ganze Reihe von Faktoren mitspielen müssen, damit diese Aussage auch wirklich stimmt! Ist die Zeichenmenge klein (unter 20) geht's sicher nicht! Ist sie größer 20, kann's funktionieren - muss aber nicht automatisch - und genau dies ist der Haken: Software versucht dies ja automatisch - wir haben die Stelle, an welcher wir bemerken, wie weit wir von wirklicher künstlicher Intelligenz entfernt sind - das nämlich ist die Synthese von Semantik und Syntaktik sowie richtigen Folgerungen aus beiden - diese Schiene ist und bleibt vorläufig ausschließlich zur endgültig logisch sauberen Entscheidung dem Menschen vorbehalten!!!
	Analysieren bekannter und einfacher Chiffrierverfahren
	Studieren und logistische Aufbereitung der entstandenen Ciphertexte
	Stärken sowie Schwächen des Vigeneère-Chiffres erkennen und nutzen
	Verständnis für die mathematischen Modelle des Kasiski-Tests
	Anwenden des Friedmann-Tests
	Folgende Projekte stehen zur Lösung an und sollten einer solchen noch im ersten Semester zugeführt werden, wobei alle Projekte enthalten müssen: Klartext-Bereinigung (Umwandlung in Großbuchstaben, Sonderzeichen und Leerzeichen entfernen, Ziffern in Text umwandeln, Anordnung in wahlweise Blocklängen (4 oder 6)) Schlüsseleingabe numerisch oder als Zeichen des Alphabet (auf Positionsverschiebung achten (wird auf oder um X Positionen verschoben)) logisch saubere Benutzerführung (testen an fremden Personen) Anzeigen des eventuell genutzten Geheimalphabets - mit numerischer Positionsbezeichnung (ich muss nicht zählen - das macht das Programm) numerische Auswertung (wie viele Ein- und Ausgabezeichen, wie viele Buchstaben jedes Zeichens wurden verarbeitet) Laufzeitstatistik Wahlweise Eingabemöglichkeit durch Kopieren auch sehr langer Texte oder als Eingabe via Tastatur eventuell notwendige automatische Auffüllung von Dummyzeichen (Transpositionschiffre) Erklärung notwendiger Besonderheiten Ein- und Ausgabe wahlweise in Morscode, Polybius-Code, ASCII-Zeichen, Binärmuster, Hexadezimal, Flaggenzeichen, Blindenschrift, Luftfahrtalphabet, Baudot-Code, Chappé-Code, Handzeichen Entwicklung sauberer Grafiken (hier könnte man sich eine Zusammenarbeit mit den Schülern der Kunst- & Computerkurse vorstellen) Grafische Eingabe-Möglichkeiten (z. B. für die Rotationsschablonen) Projekt 1: Wahlweise Sägezahn-Transpositionschiffre Gartenzaun-Transpositionschiffre Annagramm Rotationsschablonen Arbeitsgruppe: Felix Queitzsch, Marcel Keller Projekt 2: Wahlweise einfacher Cäsar Cäsar mit Schlüsselwort Annagramm Additive sowie substraktive Chiffres Arbeitsgruppe: Martin Uhlmann, Martin Schmidt, Martin Sachse Projekt 3: Wahlweise einfacher Vigenére mit Ziffern- oder Zeichencode (Position beachten - das kann ganz schnell falsch werden!) Playfair-Chiffrierung Kassiski-Test Friedmann-Test Arbeitsgruppe: Oehme, Philipp; Kindt, Benjamin Beim Durchsehen der Aufgabenstellung fällt sofort auf, dass bestimmte Dinge von allen Teams bewältigt werden müssen. Dumm, wenn dann jedes Team allen neu macht. Kommunikation zwischen den Teams ist durchaus gewollt!!!

2. Theoretische sowie Technische Grundlagen

	Um in die Gesamtheit dieses Projektes einzudringen, muss man sich schon erst einmal mit den theoretischen Betrachtungen sowie einigen historischen Studien befassen. Geheimhaltung ist seit Erfindung der Schrift ein Anliegen der Menschen in den unterschiedlichsten Zeiten sowie politischen Umfeldern gewesen.
	zwei Projekte, welche aufeinander aufbauen sind unser heiliges Ziel: Knacken einer monoalphabetischen Chiffre (hier wird aus jedem Klaretextzeichen (Plaintextzeichen) ein anderes, aber immer gleiches Geheimtextzeichen (Ciphertextzeichen) Ansätze zum Knacken einer polyalphabetischen Chiffre (hier wird aus jedem Klaretextzeichen (Plaintextzeichen) ein anderes, aber fast immer anderes Geheimtextzeichen (Ciphertextzeichen)
	aber wie kann man überhaupt etwas geheim auf offenen Kanälen übertragen? z. B. mit Steganografie ein Grabstein in Californien, aufgestellt von den 'Freunden' eines Schwulen, der an (geheimgehaltenem) AIDS verstorben ist ... oder mit Codes ... Codewandlungen ... oder auch mit  Transpositionscodes ... Die Skytale - wie ersichtlich: nach Tino Hempel als alten James Bond Fan ;-)   ... aber auch CÄSAR-Chiffrierung ist eine denkbare Lösung ... CÄSAR-Chiffre ... schwerer angreifbar ist der Vigenère-Chiffre ... Vigenère-Verschlüsselung Babagge- oder Kasiski-Test
	... und hier nun geht's zur ENIGMA ... und hier nun geht's zur Lorenzmaschine Kryptoanalyse die Rotor-Chiffriermaschinen in der Zeit des II. Weltkrieges RSA-Verfahren & Einwegfunktionen RSA-Verfahren ZERO-Knowledge-Bases Pretty Good Privacy Hash-Werte Trapdoorfunktion

3. Die Arbeit am Projekt

	Das vollständige Projekt ist über Zwischenstadien gelaufen - diese jeweils natürlich in der Wertung als Einzelleistung (unser Klausurprojekt befindet sich hier). Anzukämpfen hatte man gegen die Tücken der Häufigkeitsverteilung - überhaupt: das Auffinden irgendwelcher Muster in einem Geheimtext (Ciphertext) ist fast immer ein Angriffpunkt für den erfolgreichen Codebrecher.
	Erstellen sowie Knacken einer monoalphabetischen Chiffre (CÄSAR-Chiffre) Plaintextbeispiel als Abbildung Plaintextbeispiel im Word Format Cyphertextbeispiel als Abbildung Cyphertextbeispiel im Word Format Häufigkeitsverteilung der Zeichen des Alphabets im Deutschen und Englischen die Texte entstehenden Ciphertexte sehen nur verstrickt aus (das sollten sie ja auch schon vor 2000 Jahren - und sie haben es getan) sie sind nicht wirklich komplex verschlüsselt - ab einer Zeichenmenge von 50 dechiffriert man den schon in 80 % aller Fälle fehlerfrei hier nun kommen unsere Projekte ins Spiel: Klartext in die Programmoberfläche auf der Klartext- oder Eingabeseite einfügen Schlüssel wählen und Startbutton schalten chiffrierten Text markieren und kopieren - einsetzen in die Eingabeseite Code knacken suchen und der Statistik folgen - dabei mitdenken eindeutig als falsch erkannte Zeichen austauschen ... und nun machen wir das mal - für Dich zum Nachspielen: Programm öffnen - ich verwende dasjenige von Robert Baldauf ;-) Plaintext einsetzen diesen mit gewünschten Parametern (Geheimwort sowie Startposition für den Key) chiffrieren (ich verwende ROTKAEPPCHEN ab der Position 15) hier bekommt man das Programm ... ... und hier einen Klartext ... ... und hier nun auch einen Geheimtext     Plaintext in die Programm-Oberfläche unter Klartext einsetzen Chirffrieren ROTKAEPPCHEN ab Position 15 war Schlüssel (doppelte Zeichen im Schlüsselwort werden gestrichen)
	Erstellen sowie Knacken einer monoalphabetischen Chiffre (Vigenere-Chiffre) im 13. Jahrhundert deutet sich an: der CÄSAR-Chiffre ist relativ leicht angreifbar (er hatte bis dahin aber reichlich 1200 Jahre Stand gehalten in den italienischen Stadtstaaten mit ihren Intrigen sowie ihrer Mißgunst waren die Bemühungen um Ersatz am weitesten voran geschritten - wir wissen heute, bereits Port hat das Verfahren beschrieben - so richtig bekannt wurde es aber durch Blaise de Vigenère fast lustig hört sich an, das das Verfahren offen gelegt werden konnte - siehe dazu auch Kerkhoff'sches Prinzip - man brauchte ja noch den Schlüssel, um an einen Plaintext zu gelangen an der Stelle gab es erst einmal eine 500-jährige Barriere - die Chiffre galt seit ihrer Einführung als sicher - folgerichtig gab es vorerst gar keine ernsten Angriffe erst Charles Babbage, durch ein Rätsel in seiner Ehre angestachelt, versuchte sich daran - und zwar mit Erfolg - er fand bereits die mathematischen Zusammenhänge in den Musterfolgen, welche unweigerlich auch in polyalphabetischen Chiffres auftreten

4. Die Ergebnis-Präsentation des Projektes

Hier nun stellen einfach aussehende Programmoberflächen echte Hämmer dar, denn sie zeigen ja nicht, was im Hintergrund wie gemacht wird. Möchte man dies detailliert ergründen (anders als detailliert gibt es nicht, muss man sich hier sowie hier bemühen ;-)

monoalphabetische Dechiffrierung durch statistische Analyse der Häufigkeitsverteilungen CÄSAR-Chiffre-Knackprogramm von Robert Baldauf Download als EXE-Datei (im ZIP-Archiv)   CÄSAR-Chiffre-Knackprogramm von Benet Berger Download als EXE-Datei (im ZIP-Archiv) CÄSAR-Chiffre-Knackprogramm von Patrick Rudolph Download als EXE-Datei (im ZIP-Archiv)   CÄSAR-Chiffre-Knackprogramm von Martin Schmidt Download als JAR-Datei

5. Ähnliche Projekte im Kurs Informatik der Sec. II

	In der Informatik sind auf so konzentrierte Art sowie in solchem Umfange noch nicht sehr viele Projekte gelaufen - das war also eher ein Einstieg und auch eine Möglichkeit, Erfahrungen zu sammeln. Nicht einfach gestaltet sich zum Beispiel, dass wir einen festen Endtermin haben - und nur, wer solche Projekte jemals selbst bearbeitet hat weis, was diese für eine Eigendynamik haben - sprich: die Wachsen während der Bearbeitung! Schwer, da das Ende terminlich fest im Visier zu halten (dies ist auch nicht allen gelungen).
	Informatik-Projekte am Gymnasium Flöha
	Projekt Kryptoanalyse Projekt Roboking mit dem Team Rabbi Loew   Das Kombinatorik-Projekt Projekt Bundeswettbewerb für Informatik Projekt ENIGMA Projekt Assemblerprogrammierung Projekt Problemlösungsstrategien Projekt Mikroprozessor Projekt Assemblerprogrammierung 2009

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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha

© Frank Rost am 18. November 2008